DE102011003704A1

DE102011003704A1 - Labyrinthdichtung eines Radiallagers mit Radialflansch

Info

Publication number: DE102011003704A1
Application number: DE102011003704A
Authority: DE
Inventors: Alexander Häpp; Wilhelm Walter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: WO2012107118A1; CN103348153A; DE102011003704B4; CN103348153B; US8979385B2; US20140003753A1

Abstract

Die Erfindung betrifft zusammenfassend eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Radialwälzlagers mit einem ersten Dichtring und einem zweiten Dichtring, wobei beide Dichtringe, um eine gemeinsame Rotationsachse relativ zueinander drehbar sind und zusammen eine Labyrinthdichtung bilden, wobei ein sich im Wesentlichen radial zur Rotationsachse erstreckender Dichtungsspalt der Labyrinthdichtung von einem axialen Überstand des zweiten Dichtrings radial abgedeckt wird und der Dichtungsspalt am axialen Überstand axial in eine erste Fangrinne des ersten Dichtrings mündet. Mit dem Ziel eine Dichtungsanordnung anzugeben, die eine geringe Bauteilanzahl aufweist, eine hohe Dichtwirkung bei geringem Reibwert erzielt und dennoch eine einfache Montage ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass eine Nabe des Radialwälzlagers den zweiten Dichtring ausbildet. Damit wird der zweite Dichtring in den Nabenflansch integriert, womit der Nabenflansch die Funktion des zweiten Dichtrings übernimmt und teilweise die Labyrinthdichtung mitbildet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen ersten Dichtring und einem zweiten Dichtring, wobei beide Dichtringe, um eine gemeinsame Rotationsachse relativ zueinander drehbar sind und zusammen eine Labyrinthdichtung bilden, wobei ein sich im Wesentlichen radial zur Rotationsachse erstreckender Dichtungsspalt der Labyrinthdichtung von einem axialen Überstand des zweiten Dichtrings radial abgedeckt wird und der Dichtungsspalt am axialen Überstand axial in eine erste Fangrinne des ersten Dichtrings mündet. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Radialwälzlager mit einer derartigen Dichtungsanordnung.
Stand der Technik
Hintergrund der Erfindung
Derartige Dichtungsanordnungen werden typischerweise in Radialwälzlagern, insbesondere Radlagern, umgesetzt und sind immer dann gefragt, wenn zwei sich radial gegenüberliegende, relativ zueinander bewegbare Wälzlagerteile abgedichtet werden müssen.
Problematisch daran ist, dass beide Dichtringe nicht auf einfache Weise zusammen in den Wälzlagerraum einpressbar sind und daher zwei separate Montageschritte erfordern. Ferner ist es kostspielig, aufgrund der komplexen Ausformungen derartige Dichtringe aus Wälzlagerstahl auszubilden, beziehungsweise die Dichtringe in die Wälzlagerringe zu integrieren. Daher ist eine Bauteilintegration zur Reduktion der Bauteilvielfalt bei Radiallagern nicht möglich.
Aus DE 103 58 876 A1 ist eine Dichtungsanordnung für Radlager bekannt, die mittels zweier Dichtringe eine axiale Öffnung zwischen den beiden relativ zueinander drehbaren Teilen des Radlagers angeordnet ist und das Radlager axial abdichtet. Dazu bilden die beiden Dichtringe ein Spaltlabyrinth, welches eine Fangrinne mit einem axial mündendem und sich radial erstreckenden Dichtspalt aufweist.
Aufgabenstellung
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist daher eine Dichtungsanordnung anzugeben, die eine geringe Bauteilanzahl aufweist, eine hohe Dichtwirkung bei geringem Reibwert erzielt und dennoch eine einfache Montage ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Nabe des Radialwälzlagers den zweiten Dichtring ausbildet. Der in die dem Radiallager zugewandten Seite des Radialflanschs der Nabe integrierte, zweite Dichtring bildet die Labyrinthdichtung teilweise mit aus und kann optional Oberflächen für schleifende Dichtkontakte ausbilden. Auf diese Weise kann der zweite Dichtring als separates Bauteil eingespart werden und muss daher nicht mehr separat installiert werden. Ferner steht deutlich mehr Bauraum zur Verfügung, der entweder für die Anordnung axialer oder radialer Dichtlippen, oder für eine Verstärkung des Radialflansches verwendet werden kann.
Der sich im Wesentlichen radial zur Rotationsachse erstreckende Dichtungsspalt der Labyrinthdichtung verläuft an der ersten Fangrinne axial vorbei, um eine axiale Mündung (im Gegensatz zu einer radialen Mündung) in die erste Fangrinne sicherzustellen. Dabei ist wichtig, dass die Fangrinne mittels des Dichtungsspaltes mit einem Dichtungsraum verbunden wird, der radial innen in Bezug zur ersten Fangrinne angeordnet ist. Dazu kann der Dichtungsspalt stellenweise auch axial verlaufen oder sowohl eine axiale als auch eine radiale Komponente aufweisen.
Vorteilhaft ist, wenn der Dichtungsspalt aus einem Dichtungsraum, zum Beispiel einer zweiten Fangrinne, hervorgeht, sich in radialer Richtung nach außen axial verjüngt und zwischen Radialflansch und der ersten Fangrinne weiter nach außen verläuft.
Der Dichtungsspalt wird außerdem von einem axialen Überstand des zweiten Dichtrings radial abgedeckt und mündet am axialen Überstand axial in eine erste Fangrinne des ersten Dichtrings. Die Mündung liegt radial außen vom Boden der ersten Fangrinne entfernt, womit Wasser in Umfangsrichtung auf dem Boden der ersten Fangrinne entlang fließen und der Schwerkraft folgend radial abtropfen kann.
Vorteilhafterweise ist der axiale Überstand ringförmig und als axialer Fortsatz des Nabenflansches, insbesondere Radflansches, ausgebildet. Seine radiale Außenfläche schleudert beim Lagerbetrieb Schmutzwasser radial ab. Dies kann mit der Ausbildung der Außenfläche als konische oder elliptische Außenfläche unterstützt werden. Damit ist beim Stillstand des Lagers auch gewährleistet, dass das Schmutzwasser vom Überstand in die erste Fangrinne fließen und damit abfließen kann.
Vorteilhafterweise ist die erste Fangrinne axial durch ein ringförmiges Begrenzungselement begrenzt. Somit ergibt sich eine axial schmalere Bauweise, da der Dichtungsspalt radial gerade nach außen geführt werden kann und auf beiden Seiten axial unmittelbar vom Nabenflansch und vom Begrenzungselement begrenzt wird. Idealerweise bildet das ringförmige Begrenzungselement zusammen mit dem Nabenflansch den sich im Wesentlichen radial zur Rotationsachse erstreckenden Dichtungsspalt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das ringförmige Begrenzungselement scheibenartig ausgebildet. Somit ergibt sich die schmale Ausbildungsmöglichkeit des Dichtspaltes und gleichzeitig eine flache Innenfläche der ersten Fangrinne, die ein Abtropfen von Wasser auch über die Öffnung der axialen Mündung hinweg ermöglicht und ein Eindringen von Wasser in den dem Dichtungsspalt folgenden Dichtungsraum verhindert. Hier ergibt sich ein weiterer Vorteil, wenn die erste Fangrinne radial nach außen nicht begrenzt oder abgedeckt ist, um einen ungehinderten Abfluss sicherzustellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Innenfläche der ersten Fangrinne am Begrenzungselement im Wesentlichen in der gleichen Radialebene angeordnet, wie auch eine axiale Stirnfläche des axialen Überstandes. Auch hierdurch wird das Abfließen des Wassers ideal unterstützt. Eine axiale Abweichung der beiden Flächen könnte typischerweise bei einer Herstellungstoleranz von ca. ±0,1 Millimeter liegen. Eine Abweichung innerhalb dieser Toleranz ist gering genug, um ein Eindringen von Wasser in den Dichtungsspalt zu vermeiden. Zudem kann bei einer alternativen Ausführungsform ein Axialversatz der Stirnfläche und der Innenfläche vorgesehen werden, der größer sein kann, als die Fertigungstoleranz. Damit kann auf fluiddynamische Eigenschaften des Lagers oder der Dichtungsanordnung Rücksicht genommen werden, die durch eine besondere Ausbildung des Nabenflansches oder des ersten Dichtringes oder eines anderen Radiallagerteiles entstehen kann. Beispielsweise es kann bei unterschiedlichen Dimensionierungen der Fangrinne zu unterschiedlichen fluiddynamischen Umverteilungen innerhalb der Fangrinne kommen, sodass sich ein beabsichtigter Axialversatz positiv auf die Dichtwirkung der Mündung auswirkt. Ein derartiger Axialversatz zwischen Stirnfläche des axialen Überhangs und der Innenfläche der Fangrinne könnte zwischen –0,5 bis +0,5 Millimeter liegen, insbesondere bei +0,2 oder –0,2 wobei die Innenfläche in Bezug zur Stirnfläche wahlweise in Flanschrichtung axial versetzt ist, beziehungsweise in der Gegenrichtung zum Wälzlager hin axial versetzt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der erste Dichtring ein Halteelement und ein am Halteelement befestigtes und wenigstens eine Dichtlippe ausbildendes elastisches Teil auf. Dabei stellt entweder eine radiale oder axiale Außenfläche der Nabe einen schleifenden Dichtkontakt sicher.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bildet das elastische Teil wenigstens eine axiale Dichtlippe aus, die mit dem Nabenflansch einen schleifenden Dichtkontakt bildet. Dazu wird ein Halteelement vorgesehen, welches, beispielsweise über ein Befestigungselement an einem Außenring befestigt ist, und eine Vorspannung gegenüber dem Nabenflansch aufbaut.
Beispielsweise kann das elastische Teil, welches aus einem Elastomer gebildet werden kann, wenigstens eine radiale Dichtlippe ausbilden, die mit der den Nabenflansch ausbildenden Nabe einen schleifenden Dichtkontakt bildet. Diese Art von Dichtlippen weisen eine hohe Reibung auf, erzielen aber auch eine sehr gute Dichtwirkung. Somit kann die radiale Dichtlippe bei hohem Verschmutzungsgrad eingesetzt werden, wobei Dichtungseffizienzen erreicht werden können, die Effizienzen herkömmlicher Dichtungsanordnungen ohne Fangrinnen weit übersteigen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Fangrinne zumindest teilweise mittels des elastisches Teils des ersten Dichtrings gebildet. Die Fangrinne kann beispielsweise ganz aus Blech hergestellt sein oder teilweise aus dem elastischen Teil bestehen. Insbesondere kann das Begrenzungselement aus dem elastischen Teil gebildet sein, womit sich die Bildung der Fangrinne vereinfacht. Ferner kann das Begrenzungselement einstückig mit wenigstens einer Dichtlippe ausgeführt sein, womit beide im gleichen Arbeitschritt hergestellt werden können.
Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung kann in Radialwälzlagern, insbesondere in Radlagern, eingesetzt werden, ist aber nicht auf diese Art von Lagern begrenzt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
Ausführungsbeispiel
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine radflanschseitige Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Radlagers, dessen Radnabe 13, Außenring 15 und Wälzkörper 10 nur teilweise abgebildet sind. Es handelt sich beispielsweise um eine Radlagereinheit, die mit dem Flansch 15 an einem Radträger befestigt werden kann und einen Radflansch 14 zur Befestigung einer Radfelge aufweist.
Der erste Dichtring 24 ist mittels eines zylindrischen Befestigungselements 16 an einem Außenring befestigt. Der aus dem Stand der Technik bekannte zweite Dichtring ist als separates Bauteil nicht vorhanden. Stattdessen hat der Radflansch 14 der Radnabe 13 dessen Funktionen übernommen.
Der radiale Fortsatz 18 des elastischen Teils 17 bildet zusammen mit dem Befestigungsflansch 15 des Radlagers eine radial außen gelegene, dritte Fangrinne 33. Die erste Fangrinne 30 wird völlig durch das elastische Teil 17, in diesem Ausführungsbeispiel ein Elastomer, gebildet und die zweite Fangrinne 32 schließt sich radial innenliegend an den Dichtspalt 31 zwischen Begrenzungselement 28 und dem Radflansch 14 an. Mithilfe dieser Fangrinnen 30, 32, 33 ist es möglich Schmutzwasser abzuweisen, beziehungsweise in Umfangsrichtung ablaufen und anschließend abtropfen zu lassen. Im Falle der dritten Fangrinne 30 wird das Ende des Befestigungselementes 16 mit einer statischen Dichtung in der Form eines Wulstes versehen, um ein Eindringen von Wasser zwischen Außenring 12 und Befestigungselement 16 zu verhindern.
Der Dichtring 24 besteht einerseits aus dem elastischen Teil 17, welches alle weiteren elastischen Elemente 18, 19, 20, 21, 28, 35 ausbildet. Das scheibenförmige Halteelement 22 und das Befestigungselement 16 hingegen sind aus kalt umgeformtem Blech gefertigt, wobei das elastische Teil 17 aufvulkanisiert wurde, um die axialen Dichtlippen 20, 21 und die radiale Dichtlippe 19 auszuformen. Gleichermaßen bildet das elastische Teil 17 die erste Fangrinne 30, die statische Dichtung 35, als auch den radialen Fortsatz 18 aus.
Alternativ können mehrere elastische Teile vorgesehen werden. Beispielsweise könnten zwei elastische Teile vorgesehen sein, wobei das erste die statische Dichtung 35 und das zweite die Dichtlippen 20, 21, 19 ausbildet. Die Fangrinne 30 und der radiale Fortsatz 18 sind auch aus teils gedoppeltem Blech herstellbar.
Unabhängig davon, wie viele elastische Teile vorgesehen werden, können unterschiedlich viele Dichtlippen an wenigstens einem der elastischen Teile ausgebildet sein. Beispielsweise ist es denkbar auf die radiale Dichtlippe 19 zu verzichten und eine oder zwei axiale Dichtlippen (20, 21) vorzusehen, die am Nabenflansch 14 schleifend anliegen. Dies kann deshalb erreicht werden, da aufgrund der als Labyrinthdichtung ausgeführten Vordichtung bereits eine hohe Dichtung erreicht wird und der Verzicht verschmerzbar ist, beziehungsweise sogar den Reibwert des Lagers verbessert. Auch die Weglassung der axialen Dichtlippen 20, 21 ist denkbar, wenn die radiale Dichtlippe 19 vorgesehen wird.
Alternativ können die Dichtlippen 19, 20, 21 als Labyrinthdichtung beziehungsweise jeweils eine Spaltdichtung ausbilden, beispielsweise dadurch, dass die jeweilige Dichtlippe derart gekürzt wird, dass sie nicht mehr anliegt, sondern einen Abstand zur Nabe einnimmt. Je kleiner der Abstand ist, desto besser ist die Dichtwirkung. Dazu kann jeweils eine oder mehrere der genannten Dichtlippen in der beschriebenen Weise gekürzt werden.
Zur weiteren Verbesserung der Dichtungseigenschafen kann zwischen den Dichtlippen 20, 21 wasserbeständiges Schmiermittel, wie zum Beispiel Fett, eingebracht sein. Damit ist insbesondere die innenliegende Dichtlippe 20 sehr gut vor Fremdkörpern und damit vor Abrieb schätzbar.
Die axiale Spaltöffnung 11 zwischen dem axialen Überstand und dem Begrenzungselement 28 kann so klein gehalten werden, dass Wassertropfen aufgrund der Schwerkraft oder der Fliehkraft von der axialen Innenseite 27 der ersten Fangrinne 30 auf die axiale Stirnfläche 26, oder umgekehrt, radial übergehen können, ohne in die Spaltöffnung 11 zu gelangen. Selbst wenn dies geschehen sollte, so würde das Wasser zwar in die zweite Fangrinne 32 gelangen, könnte aber auch dort umfänglich abfließen und den Dichtraum durch den Dichtspalt 31 und die Spaltöffnung 11 wieder verlassen.
Die konische Fläche 25 leitet beim Betrieb des Radlagers das Schmutzwasser auf den Radialflansch und von dort radial nach außen. Beim Stillstand tropft das Wasser in die erste Fangrinne 30 und wird nach unten abgeleitet. Die Ableitung kann dadurch unterstützt werden, dass die Innenfläche 27 und die axiale Stirnfläche 26 möglichst in einer Radialebene liegen, damit Wasser in beiden Radialrichtungen (nach außen und nach innen) abfließen kann. Dazu sollte der axiale Überstand 34 nicht nur den Dichtspalt 31, sondern auch das Begrenzungselement 28 radial umfassen. Gegebenenfalls kann die Fläche 25 auch alternativ rund, d. h. mit einem Rundungsradius ausgebildet sein.
Des Weiteren kann für die axialen Dichtlippen 20, 21 mittels einer Kröpfung 23 mehr axialer Bauraum gewonnen werden.
Zusammenfassend betrifft die eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Radialwälzlagers mit einem ersten Dichtring und einem zweiten Dichtring, wobei beide Dichtringe, um eine gemeinsame Rotationsachse relativ zueinander drehbar sind und zusammen eine Labyrinthdichtung bilden, wobei ein sich im Wesentlichen radial zur Rotationsachse erstreckender Dichtungsspalt der Labyrinthdichtung von einem axialen Überstand des zweiten Dichtrings radial abgedeckt wird und der Dichtungsspalt am axialen Überstand axial in eine erste Fangrinne des ersten Dichtrings mündet Mit dem Ziel eine Dichtungsanordnung anzugeben, die eine geringe Bauteilanzahl aufweist, eine hohe Dichtwirkung bei geringem Reibwert erzielt und dennoch eine einfache Montage ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass eine Nabe des Radialwälzlagers den zweiten Dichtring ausbildet. Damit wird der zweite Dichtring in den Nabenflansch integriert, womit der Nabenflansch die Funktion des zweiten Dichtrings übernimmt und teilweise die Labyrinthdichtung mitbildet.
Bezugszeichenliste

10: Wälzköper
12: Außenring
14: Radnabenflansch
16: Befestigungselement
18: radialer Fortsatz
20: axiale Dichtlippe
22: Halteelement
24: erster Dichtring
26: axiale Stirnfläche
28: Begrenzungselement
30: erste Fangrinne
32: zweite Fangrinne
34: axialer Überstand
11: Spaltöffnung
13: Radnabe
15: Befestigungsflansch
17: elastisches Teil
19: axiale Dichtlippe
21: axiale Dichtlippe
23: Kröpfung
25: konische Außenfläche
27: Innenfläche
29: Außenfläche
31: Dichtspalt
33: dritte Fangrinne
35: statische Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10358876 A1 [0004]

Claims

Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Radialwälzlagers mit einem ersten Dichtring (24) und einem zweiten Dichtring (14), wobei beide Dichtringe (14, 24), um eine gemeinsame Rotationsachse relativ zueinander drehbar sind und zusammen eine Labyrinthdichtung bilden, wobei ein sich im Wesentlichen radial zur Rotationsachse erstreckender Dichtungsspalt (31) der Labyrinthdichtung von einem axialen Überstand (34) des zweiten Dichtrings (14) radial abgedeckt wird und der Dichtungsspalt (31) am axialen Überstand (34) axial in eine erste Fangrinne (30) des ersten Dichtrings (24) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nabe (13) des Radialwälzlagers den zweiten Dichtring (14) ausbildet.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Fangrinne (30) axial durch ein ringförmiges Begrenzungselement (28) begrenzt ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, wobei das ringförmige Begrenzungselement (28) zusammen mit einem Nabenflansch (24) der Nabe (13) den sich im Wesentlichen radial zur Rotationsachse erstreckenden Dichtungsspalt (31) bildet.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das ringförmige Begrenzungselement (28) scheibenartig ausgebildet ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Innenfläche (27) der ersten Fangrinne (30) am Begrenzungselement (28) im Wesentlichen in der gleichen Radialebene angeordnet ist, wie auch eine axiale Stirnfläche (26) des axialen Überstandes (34).
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Dichtring (24) ein Halteelement (22) und ein am Halteelement (22) befestigtes und wenigstens eine Dichtlippe ausbildendes elastisches Teil (17) aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, wobei das elastische Teil (17) wenigstens eine axiale Dichtlippe (21, 20) ausbildet, die mit dem Nabenflansch (14) einen schleifenden Dichtkontakt bildet.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das elastische Teil (17) wenigstens eine radiale Dichtlippe (19) ausbildet, die mit einer den Nabenflansch (14) ausbildenden Nabe (13) einen schleifenden Dichtkontakt bildet.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fangrinne (30) zumindest teilweise mittels des elastisches Teils (17) des ersten Dichtrings (24) gebildet ist.
Radialwälzlager, insbesondere Radlager, mit einer Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.